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【視頻】基于FPGA的車牌定位系統（第三屆OpenHW開源硬件與嵌入式大賽一等獎）

設計摘要： 汽車牌照識別系統是當前智能交通系統中的一個重要組成部分，一般用于高速公路的卡口收費、停車場和加油站等的自動監控管理以及交通十字路口違規抓拍等。汽車牌照識別系統主要包括三個部分:車牌預處理和定位、字符的分割以及單個字符的識別。本項目是在以上算法的基礎上做到圖像的采集、處理、定位、分割、字符識別以及字符輸出整個流程，而且用FPGA實現可以提高系統運算速度，以達到實時的效果。 系統原理和技術特點： 系統原理： 1、系統通過高清攝像頭采集圖像。 2、首先系統將采集到得圖像轉換為灰度圖像。 3、對得到的灰度圖像進行預處理，包括拉式變換、梯度變換、高斯濾波。預處理的主要目的是為了增強圖像，為后續圖像處理提供一定的基礎。 4、對處理后的圖像進行二值化，將其轉變為只有0和1灰度的圖像，這樣便于處理。 5、車牌定位，車牌定位用的是行掃描的方法來確定車牌的上下邊界，然后通過垂直投影法確定左右邊界。 6、字符分割，字符分割同樣采用垂直投影法，通過字符的某些視覺特性，通過對字符間距的判定來分割字符。 7、字符識別，先對分割出來的字符進行歸一化，將所有的字符圖片都轉換成固定大小的格式，然后與模板庫里的圖片進行比較運算，相差最小的圖像即是我們判斷的字符。 8、字符輸出，可以通過系統板自帶的顯示器顯示，也可以存儲后傳回主機顯示。 技術特點： 整個系統的實現過程中涉及到大量的乘法運算，通過FPGA實現要調用乘法器，占用很大的資源，而且采集的圖像需要有一定的像素支持，否則會對識別結果有一定影響，所以處理圖像的像素要比較高，這樣也使得處理和存儲的數據量比較大。整個過程通過流水線的方式處理，速度可以做到實時性的要求。

發表于：2012/6/6

【視頻】基于FPGA的M2M異構虛擬化系統（第三屆OpenHW開源硬件與嵌入式大賽一等獎）

本項目提出一種新穎的M2M（Multiple ISAs applications to Multiple heter-ogeneous core，M2M）概念，將虛擬化系統分為多核異構層、虛擬化管理層、二進制翻譯層、軟件應用層四個層次，創新地在傳統的虛擬化管理層上增加二進制翻譯層，從而引入多個不同體系結構的應用程序，虛擬化管理器調度分配給硬件層引入的異構處理器。M2M的特性使虛擬化系統上層應用的靈活性大大增加，并且硬件異構化也使系統的效率有效提升。 本項目主要貢獻點和創新點有：（1） 多指令集體系應用虛擬環境。在應用層提供不同指令集體系構架的虛擬運行環境，以支持不同應用系統的應用程序。（2） 軟硬協同的二進制翻譯層。在二進制翻譯層，采用軟硬協同的方式實現不同架構體系間的動態二進制翻譯，提高硬件目標代碼生成和運行的性能和靈活性。（3） 設計實現了自主可擴展32位的SoC核。在多核異構層，設計了一個自主，可擴展，可配置的32位RISC處理器。基于此處理器核可配置實現多個RISC SoC平臺（QS-I）。本項目在XUP Virtex-5和Digilent Nexys3 FPGA開發平臺構建了多核異構層。（4） 動態虛擬化管理。在虛擬化管理層，以輕量級的方式實現了系統資源與上層應用的管理。通過資源管理與任務調度動態分配或遷移運行任務。虛擬層的多個體系結構的應用程序（如x86和MIPS）可動態運行于異構的處理器核上（如處理能力不同的MIPS核）。（5） 提供了系統庫和運行程序。在軟件應用層，為自主設計的QS-I平臺提供完善的程序運行環境并設計了多樣化的應用程序。項目完全自主地設計實現了系統庫（如圖形庫、I/O庫）以及典型的多樣化應用軟件，包括MIPS下的吃豆子游戲、X86下的推箱子游戲。

發表于：2012/6/6

【視頻】基于FPGA的實時金融指數行情并行計算

技術原理：（1）系統結構圖，主要由數據接收模塊、股票信息并行處理模塊、數據發送模塊組成。數據接收模塊主要負責協議包的跨層解析以及包過濾。股票信息并行處理模塊是整個系統的算法核心，采用高速并行方式分析股票信息，計算相關指數，并通過數據發送模塊快速發布。在股票信息并行處理模塊中，算法定向單元負責調度下層的異構邏輯塊，異構邏輯塊通過同構邏輯晶格完成最基礎的數據計算。在股票信息并行處理模塊中，將所有的數據存儲于FPGA內部的分布式RAM中，突破了IO傳輸的瓶頸。（2）為了便于用戶自定義計算規則和業務擴展，從設計架構上采用讀入配置文件的方式并且提供擴展空間，實現配置性和擴展性。可配置性：為用戶設計圖形化的配置界面軟件，當軟件接受用戶計算請求后會自動生成相應的配置文件，來配置FPGA中的配置寄存器，實現不同要求不同需求、不同用途的運算。可擴展性：在系統設計中，預留新合約擴展空間，以哈希表等數據結構存儲運算。運算過程中，行情數據包到來時，FPGA會通過哈希函數查找哈希表，確定數據的有效性和計算規則，進行邏輯判斷進行選擇。（3）在數據分析獲取過程中，以太網的協議解析占據了很大的時間比例。如果采用一般的軟件解包方法，時間一般延遲包括每一網絡層的解包時間和中間數據的傳輸時間，時間延遲可達毫秒級甚至更高。考慮到降低整個系統的數據傳輸延遲，進而提升處理性能，提出以下兩種解決方案。1）使用FPGA集成的可配置IP核。FPGA的IP核基于硬件原理實現，在數據傳輸延遲和網絡數據解包能力上都大大優于傳統的軟件處理過程，而且極大縮短了開發周期，其可靠性，可配置性，通用性都相當出色。適合在項目的中前期作為數據輸入的模擬測試。但是具體面向此項目IP核也會有自身的冗余，在MAC層不能進行自定義的協議解析，總的延遲大約在幾十微秒至幾百微秒。 2）針對本應用設計基于跨層解析的以太網數據分析模型。由于套利計算的數據源的包格式固定，封裝簡單，而且屬于旁路數據，完全可以自行設計針對本應用的專用數據解析功能部分，方案優勢和創新點在于在MAC層跨層解析數據以及包過濾，數據接收與解析時間重疊。采用狀態機逐層進行包過濾，在有限機器周期內便可獲得需要計算的數據，時間延遲可控制在微秒級。 基于FPGA的硬件以太網協議跨層解析能夠降低傳統軟件協議棧的數據包處理固有延遲（可能占據整個延遲的80%以上開銷），大大提高數據獲取和預處理效率。基于FPGA的硬件跨層協議解析與包過濾技術

發表于：2012/6/6

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